星形胶质细胞:生理和病理
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血脑屏障的功能作用及其功能调控的分子机制血脑屏障是指由脑血管内皮细胞、基膜和周围星形胶质细胞构成的组织屏障,用来限制血液中物质对中枢神经系统的穿透和影响。
远古时期的生物进化过程中,由于寻找食物的需求,生物的神经系统需要接收外界的刺激,因此神经系统需要保持某种开放性,但随着高等生物体内环境变得复杂,过多的外来源物质能够带来威胁,功能因此需要受到限制,并在进化中形成了血脑屏障来保证中枢神经系统的稳定运行。
血脑屏障的功能作用主要有两个方面:保障神经系统不受外界物质的影响以及维持神经系统内环境的稳定。
屏障内的神经元、星形胶质细胞和血管内皮细胞形成了一个严密的防线,限制了外界物质(如病菌、毒素和药物等)的穿透,保护神经系统的正常运行。
同时,血脑屏障对血液中的离子、代谢物以及荷尔蒙的交换也进行了控制,以维持神经系统内环境的稳定。
血脑屏障的功能调控是由一组分子机制所支配的。
多种细胞类型参与了血脑屏障的构建和维护,其中以血管内皮细胞和星形胶质细胞最为重要。
血管内皮细胞通过血管的严格堵塞和细微血管黏滞力,形成了一种自闭型屏障,使外界物质难以进入神经细胞内。
而星形胶质细胞则使中枢神经系统的微环境保持稳定,通过维持正常的电位差和离子浓度的平衡。
在分子机制上,血脑屏障有两种不同的优先路线,分别是主动和被动。
在主动路线上,血管内皮细胞通过转运基因表达和酶的释放,能够主动地吸收和转运一些物质,便于神经细胞内吸收。
而在被动路线上,血脑屏障的作用主要是受外界神经调节和血液中激素的影响。
例如,一些药物可以通过血液中的神经调节或者荷尔蒙作用,调节血脑屏障的通透性,进而影响神经细胞的功能状态。
总之,血脑屏障是中枢神经系统的重要防线,对神经系统的发育和功能起到了关键作用。
其分子机制的研究为预防和治疗神经系统疾病提供了一定的基础。
通过深入理解血脑屏障的生理和病理特征,可以为神经疾病的临床治疗提供新的方向。
大建中汤通过调节P2X7R 介导胶质细胞活化减轻大鼠肠易激综合征内脏痛*武静1, 田维毅1, 蔡琨1, 李尧锋1, 杨莎莎2△(1贵州中医药大学基础医学院,贵州 贵阳 550025;2贵州中医药大学第一附属医院,贵州 贵阳 550001)[摘要] 目的:研究肠易激综合征(irritable bowel syndrome , IBS )内脏痛大鼠脊髓后角(posterior horn of spi‑nal cord , PHSC )和前扣带回皮质(anterior cingulate cortex , ACC )星形胶质细胞中胶质细胞原纤维酸性蛋白(glial fi‑brillary acidic protein , GFAP )及P2X7受体(P2X7 receptor , P2X7R )表达的变化及大建中汤(Dajianzhongtang , DJZT )的干预作用。
方法:通过腹腔注射卵清白蛋白、母婴分离、乙酸灌肠等方式制备IBS 内脏痛大鼠模型,将模型大鼠随机分为3组:模型组(灌服等体积生理盐水,每天1次,持续2周)、DJZT 组(10.8 g/kg DJZT 灌胃,每天1次,持续2周)和P2X7R 拮抗剂亮蓝G (brilliant blue G , BBG )组(腹腔注射50 mg/kg ,每天1次,持续2周),另设正常组(灌服等体积生理盐水,每天1次,持续2周),共计4组,每组10只。
采用腹部撤离反射(abdominal withdrawal reflex , AWR )评估各组大鼠内脏疼痛敏感度;苏木精-伊红(hematoxylin -eosin , HE )染色观察大鼠结肠黏膜的病理变化;RT -qPCR 和Western blot 检测大鼠PHSC 和ACC 组织中脑源性神经营养因子(brain -derived neurotrophic factor , BDNF )、白细胞介素1β(interleukin -1β, IL -1β)、GFAP 和P2X7R 的mRNA 及蛋白表达水平;免疫荧光双染法观察PHSC 和ACC 组织中GFAP 和P2X7R 的定位情况。
血脑屏障的结构和功能研究血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)是指由脑微血管内皮细胞、导管细胞、小胶质细胞、贴壁细胞等多种细胞构成的生理屏障,它负责能够阻挡有害物质进入脑组织,维持神经系统内环境的稳定性,是脑室周围和脑组织中间的天然屏障。
BBB是一种非特异性的保护性屏障,具有高度的选择性通透性。
因此它只能阻挡某些有害物质,如毒性药物、蛋白质、病毒和细菌等,而保护有益的物质,如氧气、葡萄糖等进入脑组织。
BBB的异常功能与许多神经系统疾病有关,如脑肿瘤、脑中风、癫痫等。
BBB的结构BBB的结构由内皮细胞和紧密排列的有机基质层构成,有机基质层是指包括基底膜、星形胶质细胞(Astrocyte)脚突和脑血管平滑肌细胞在内的多种成分。
内皮细胞表面密密麻麻地覆盖着许多壳状阴极蛋白(Claudin)和含有氨基酸残基的蛋白质(Occludin)等紧密连接蛋白,这些紧密连接蛋白是维持BBB抗渗透性的核心因素。
此外,内皮细胞膜上的ABC转运泵(ATP Binding Cassette Transporters)和多种酶类如γ-谷氨酰转移酶(γ-glutamyltransferase)也参与了与BBB的通透性有关的调节作用。
星形胶质细胞形状特殊,由一个细胞体和数条突起组成。
这些突起丰富地分布在BBB内皮细胞血管周围区域,星形胶质细胞与内皮细胞形成的间隙形成了所谓的亲密接触。
星形胶质细胞的脚突具有胶质细胞产生的脑血管收缩素(Astrocyte-derived Vasoactive Substance)等细胞因子的分泌功能,从而调节和改善BBB的透过性和稳定性。
脑血管平滑肌细胞主要表现为外膜的支持和它们构成平滑肌细胞肌束的作用。
尽管它们相对较少附着在BBB上,但它们的收缩仍可能引起脑血管的紧闭和脑血流减少。
BBB的功能BBB的主要功能是维持脑内稳定的物质和能量代谢环境。
BBB阻止了许多有害的物质(如微生物、毒素、肿瘤细胞等)进入脑组织,隔绝了血浆中许多本质分子直接进入脑组织的通道。
血脑屏障的结构和功能及其在神经疾病中的意义血脑屏障,又称为血脑界限,是由一层特殊的细胞组成的屏障,它分离了大脑和脊髓中的血管系统和神经系统,从而保护了神经系统免受外部物质的干扰和损伤。
血脑屏障的存在为我们的身体正常生理活动提供了保障,但在某些神经疾病中,血脑屏障会受到损伤或破坏,从而导致疾病的发生和发展。
血脑屏障的结构血脑屏障由三个部分组成:脑毛细血管内皮细胞、脑血管基膜和星形胶质细胞。
脑毛细血管内皮细胞紧密连接在一起,形成了血管的内层,这一层细胞具有很高的静水压和负电位,可以过滤掉许多具有毒性和危害的物质。
脑血管基膜位于内皮层外面,由多种组织细胞和基质组成,作为脑毛细血管的主要支撑结构。
星形胶质细胞位于基膜外面,它们能够形成髓鞘并将许多物质从毛细血管内传输到神经元间隙。
血脑屏障的功能血脑屏障是保护中枢神经系统正常运转所必需的,它的功能包括:1.过滤血液成分:血脑屏障能够过滤血液中的不良成分,如有害物质、病毒和细菌等,从而保持大脑和脊髓的稳定环境。
2.调节神经递质:血脑屏障能够调节大脑和脊髓中的神经递质,从而控制神经细胞间的信号传递,使神经系统更加稳定和有序。
3.维持神经细胞代谢:血脑屏障能够为大脑和脊髓提供充足的氧气、营养物质、维生素和激素等物质,以保持神经细胞的正常代谢功能。
4.调节微环境:血脑屏障能够调节大脑和脊髓的微环境,从而控制神经系统中的细胞增殖、成熟和活动状态等,保持中枢神经系统的平衡。
血脑屏障在神经疾病中的意义血脑屏障的正常结构和功能在神经疾病中起着至关重要的作用,然而,在某些神经疾病中,血脑屏障会受到不同程度的损伤或破坏,从而导致一些不良的生理和病理反应。
下面我们来简单谈谈血脑屏障在几种神经疾病中的意义:1.阿尔茨海默病:阿尔茨海默病是一种中枢神经系统退行性疾病,以认知功能障碍和记忆力下降为主要临床特征。
研究发现,阿尔茨海默病患者的血脑屏障会受到不同程度的损伤或破坏,导致脑组织内出现异常的淀粉样斑块和神经纤维缠结,进而导致神经细胞的死亡和功能障碍。
J Apoplexy and Nervous Diseases, July 2024, Vol 41,No. 7偏头痛发病机制及生物标志物研究进展毛西京, 朱博驰综述, 于挺敏审校摘要: 偏头痛是一种具有多种亚表型的异质性疾病,其诊断主要基于临床标准,缺乏特异性的生物标志物进行客观评估,影响了偏头痛的精确诊断、治疗选择以及预后评估。
近年来偏头痛在遗传、生化、影像等方面研究取得重大进展,为临床诊断及治疗偏头痛提供了客观的检测指标。
如能在临床工作中选择特异性、敏感性、易检测、可行性高的标志物将推动偏头痛早期诊断、精准化治疗的步伐。
关键词: 偏头痛; 生物标志物; 神经元; 胶质细胞中图分类号:R747.2 文献标识码:A Research advances in the pathogenesis and biomarkers of migraine MAO Xijing ,ZHU Bochi ,YU Tingmin. (The Sec⁃ond Hospital of Jilin University , Changchun 130000, China )Abstract : Migraine is a heterogeneous disease with various subtypes , and the diagnosis of migraine mainly relies on clinical criteria. The lack of specific biomarkers for objective assessment impacts the precise diagnosis , treatment selec⁃tion , and prognostic assessment of migraine. In recent years , great progress has been made in migraine in terms of genet⁃ics , biochemistry ,and imaging , which provides objective indicators for the clinical diagnosis and treatment of migraine. Identifying specific ,sensitive ,easily detectable ,and highly feasible markers in clinical practice will accelerate the early di⁃agnosis and precise treatment of migraine.Key words : Migraine ; Biomarkers ; Neurons ; Glial cells偏头痛的发病机制尚不完全明确,越来越多的研究发现神经元-神经胶质细胞-血管交互作用的炎性病理生理过程参与其中,并且从血液、脑脊液、唾液、影像检查中均发现了有意义的标志物,这些标志物成为偏头痛诊疗的潜在靶点。
m1型小胶质细胞形态1 概述小胶质细胞(microglia)是处在神经系统中的一类免疫细胞,它们担任神经免疫系统中的“巡逻官”。
它们负责监督的所有神经免疫应答,由此保护大脑。
小胶质细胞有三种不同的形态:M1、M2和resting。
M1型小胶质细胞是神经免疫系统中最活跃的免疫细胞,负责抗病毒和抗菌,以及清理细胞溶解。
2 M1型小胶质细胞M1型小胶质细胞是处于活跃阶段的小胶质细胞,它们的颗粒外观看起来像珠宝一样。
它们的细胞质几乎不包括细胞核,大多数细胞质是长细胞浆质极紧密的形式,具有少量双层的隔膜。
M1型小胶质细胞的细胞器网络非常复杂和多样化,包括钙囊,原始细胞髓鞘,外源性细胞髓鞘,独立有丝分裂房及抗原接受机制等。
3 M1型小胶质细胞的生理功能M1型小胶质细胞可通过细胞质组分特异性的膜蛋白破坏细菌和病毒,同时也发生炎症。
它们可使内源性及外源性病原体感染时,产生丰富的表皮蛋白酶,以抵抗病原体的入侵。
该表皮蛋白酶具有破坏病毒外层的作用。
M1型小胶质细胞同时可以通过产生细胞因子及生物分子,来促进活性化免疫细胞的发展,以及调控炎症及炎症反应的发展。
4 M1型小胶质细胞的病理特征M1型小胶质细胞由于其高度活性的性质,它们正在被越来越多的人用于诊断炎症性疾病,这样可以更好地评估炎症症状。
它们与肿瘤细胞,神经元病变和病理性钙泻关系密切,同时它淋巴细胞可以抵抗肿瘤细胞的侵袭。
另外,由于M1型小胶质细胞的异常活化,可能会造成神经病变,包括系统性硬化、脑淋巴结炎和多发性硬化症等神经系统疾病。
5 结论M1型小胶质细胞是神经免疫系统中最活跃的细胞类型,它们具有抗病毒、抗菌以及清理死亡细胞等重要作用。
此外,M1型小胶质细胞可用于诊断炎症性疾病,有助于防止神经病变,但它也可能参与神经病变的发生,因此,在实际诊断和应用时,需要十分小心。
得了胶质瘤能活多久?胶质瘤是由神经胶质细胞(脑的胶状/支持组织)引起的肿瘤的总称。
胶质瘤有很多类型,包括星形细胞瘤,少突胶质细胞瘤和室管膜瘤。
神经胶质瘤非常常见的类型是星形细胞瘤。
胶质瘤占所有原发性脑肿瘤的约60%,并且经常是恶性的。
目前临床上缺乏彻底根治胶质瘤的方法。
胶质瘤虽然都是恶性,但是严重程度以及如何治疗主要还是要看级别和位置。
脑胶质瘤“可怕”在哪里?脑组织里分成两种细胞,一种是神经细胞,一种就是胶质细胞,脑胶质瘤就是发生在胶质细胞的一种肿瘤。
它的发生率在颅内肿瘤里是非常高的,占40-45%左右。
世界卫生组织(WHO)中枢神经系统肿瘤分类将脑胶质瘤分为I-IV 级, 其中I-II级为低级别胶质瘤,恶性程度较低,预后相对较好,而III-IV级为高级别胶质瘤,恶性程度较高且预后较差,其中IV级胶质瘤主要就是指胶质母细胞瘤。
脑胶质瘤所导致的症状和体征,主要取决其占位效应以及所影响的脑区功能。
胶质瘤可在电脑不同部位中生长,会挤压破坏正常脑组织,从而产生头痛、恶心、呕吐、癫痫等症状。
此外,胶质瘤还会影响局部脑组织功能,使患者产生相应的其他症状,如肿瘤压迫到面神经,常常会导致面瘫,如肿瘤压迫到大脑运动功能区,常常使患者走路不稳,甚至偏瘫、瘫痪。
如果一旦诊断为恶性脑干胶质瘤、胶质母细胞瘤、儿童脑干弥漫内生型桥脑胶质瘤(DIPG)等高级别胶质瘤,确确实实与死亡非常临近了。
此外,一些位于脑干、丘脑、胼胝体等复杂部位的低级别胶质瘤由于位置复杂,手术难度大,风险高,切除通常也面临着极大的治疗困难,下不了手术台的情况时有发生。
得了脑胶质瘤能活多久?根据北欧、美国、中国等国家中枢神经系统胶质瘤治疗规范,脑胶质瘤治疗以手术切除为主,结合放疗、化疗等综合治疗方法。
手术可以缓解临床症状,延长生存期,并获得足够肿瘤标本用以明确病理学诊断和进行分子遗传学检测。
手术治疗原则是极大范围安全切除肿瘤,而常规神经导航、功能神经导航、术中神经电生理监测和术中MRI 实时影像等新技术有助于实现极大范围地安全切除肿瘤。
FOXO4和nNOS在星型胶质细胞瘤中的表达及意义齐敏;刘溪林;赵健;吴锋;孙乐安;郑兰荣【摘要】目的:观察转录因子叉头框蛋白O4(FOXO4)和神经型一氧化氮合酶(nNOS)在星型胶质细胞瘤中的表达,探讨星型胶质细胞瘤恶性程度发生发展的的机制,进而寻找可能的药物治疗靶点.方法:从弋矶山医院病理科调取星形胶质细胞瘤27例蜡块标本.运用双盲法进行免疫组织化学和免疫荧光染色,检测各例星型胶质细胞瘤组织中FOXO4、nNOS的表达.结果:FOXO4在Ⅰ~Ⅳ级星形胶质细胞瘤组织中的阳性表达,随着肿瘤级别的升高而逐渐降低(P<0.05).而随着星形胶质细胞瘤级别升高,nNOS的阳性表达也越来越高(P<0.05).结论:FOXO4阳性表达的减少,nNOS阳性表达的增强,可能与星形胶质细胞瘤瘤恶性程度发生发展有关;调控FOXO4、nNOS的异常表达可能是新的治疗药物靶点之一.【期刊名称】《皖南医学院学报》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】4页(P310-313)【关键词】星型胶质细胞瘤;转录因子叉头框蛋白O4;神经型一氧化氮合酶;胶质瘤【作者】齐敏;刘溪林;赵健;吴锋;孙乐安;郑兰荣【作者单位】皖南医学院人体解剖学实验实训中心,安徽芜湖 241002;皖南医学院研究生学院,安徽芜湖 241002;皖南医学院人体解剖学教研室,安徽芜湖 241002;皖南医学院人体解剖学教研室,安徽芜湖 241002;皖南医学院研究生学院,安徽芜湖 241002;皖南医学院病理解剖学教研室,安徽芜湖 241002【正文语种】中文【中图分类】R739.4;R361.3星型胶质细胞瘤在胶质瘤(Glioma)中占绝大多数,具有高侵袭性、高致死率特点[1]。
传统治疗方法(手术、化疗和放疗)并没有完全解决胶质瘤侵袭性生长所致的高复发率的难题[2]。
越来越多的研究者从基因水平研究肿瘤侵袭性、血管生成及肿瘤发生率。
水平的方式作用于神经系统和免疫系统,从而对炎症反应产生保护作用。
而现今阻碍其临床化的一大原因就是研究Ecbs 水平的临床数据较少,以至于很难对其在体内浓度准确定量。
如果可以把这一问题解决,Ecs 与炎症的关系不但更加明确,而且其也可能成为治疗炎症类疾病的新通路。
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水通道蛋白AQP4调节星形胶质细胞功能和在脑缺血损伤中的研究进展程雪;罗玉敏;吉训明【期刊名称】《中国脑血管病杂志》【年(卷),期】2016(013)009【总页数】5页(P497-501)【关键词】脑缺血;损伤;水通道蛋白AQP4;星形胶质细胞;综述【作者】程雪;罗玉敏;吉训明【作者单位】100053北京,首都医科大学宣武医院脑血管病研究室脑血管转化医学北京市重点实验室;100053北京,首都医科大学宣武医院脑血管病研究室脑血管转化医学北京市重点实验室;100053北京,首都医科大学宣武医院脑血管病研究室脑血管转化医学北京市重点实验室【正文语种】中文缺血性脑损伤大约占卒中死亡的85%[1],急性或慢性的脑血管阻塞使脑血流量减少,造成神经细胞、胶质细胞及联系纤维发生变性、坏死或功能丧失。
缺血性脑损伤的病理生理有复杂的生物分子反应和血流动力学改变过程,特征包括水肿和炎性反应。
水通道蛋白家族(aquaporins,AQP) 是特殊的水通道蛋白,在细胞膜广泛表达,负责水和其他小分子的运输。
目前,至少13种AQP蛋白在哺乳动物体内被发现[2]。
研究证实,在中枢神经系统中有3种水通道蛋白(AQP1、AQP4、AQP9)[2]。
AQP4是脑内最丰富的水通道蛋白,其高度集中在星形胶质细胞的足末,与血管和神经突触相联系[3]。
笔者将AQP4在缺血性脑损伤病理生理过程中的研究进展综述如下。
Preston和Agre等[4]在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时,发现了一个分子量为28 000的疏水性跨膜蛋白,称为形成通道的整合膜蛋白28(channel-forming inte-gralmembrane protein,CHIP28)。
之后他们将其正式命名为AQP1。
迄今为止,在哺乳动物组织中至少已经发现13种水通道蛋白亚型(AQP 0~AQP 12),AQP 4由Hasegawa等[5]在大鼠的肺中克隆出,后来在大鼠脑中发现了AQP4延长氨基端的同源体以及分离出了AQP4蛋白的cDNA[6]。
血脑屏障概述段菁菁!潘!阳!!!江西师范大学生命科学学院!南昌!""$$''"摘!要!血脑屏障存在于高等动物的脑组织与脑毛细血管之间#严格调节血脑两侧的物质转运#为中枢神经系统精密高效运行提供保障$本文介绍血脑屏障的结构%功能%作用机理#及其与疾病的关系#也是对大脑内环境稳态维持机制的解析$关键词!血脑屏障!结构与功能!作用机理!大脑内环境!!高等动物的大脑是一台极精密的,仪器-#任何轻微的环境变化都有可能影响其正常功能$由于对5=%氧浓度%离子浓度的变化高度敏感#神经元需要一个相对稳定的大脑内环境#这种稳定在很大程度上依赖于血脑屏障!*,//1\*0.+3*.00+<0#888"$%&&#年#B;0,+-;给活体动物静脉注射染料时发现#除大脑外的其他器官均着色$%K$$年#E<X.31/X4D?根据普鲁士蓝不能由血液入脑正式提出了血脑屏障这一概念&%'$%K%"年#Z/,1).3直接将染料注射进了动物的蛛网膜下腔#得到了脑组织着色#其他部分不着色的结果#进一步证实了血脑屏障的存在$后续研究发现#血脑屏障普遍存在于包括人类在内的中枢神经系统发达的哺乳动物大脑内#保护大脑免受血液中病原体和毒素的损害#是维持中枢神经系统内环境稳定的重要结构&''$!"血脑屏障的结构血脑屏障是血液循环和中枢神经系统之间的一个高度选择性透过的动态区域#主要由脑血管内皮细胞!及其之间的紧密连接"%基膜%周细胞以及星形胶质细胞构成!图%"#神经元和小胶质细胞在生理和病理状态下也会参与血脑屏障的结构和功能调节$%:%!内皮细胞!内皮细胞!<31/2;<,+.,-<,,4"是一薄层位于血管内侧相互嵌合的扁平细胞#细胞间形成紧密连接#脑毛细血管内皮细胞间的紧密连接比周围毛细血管内皮细胞间的连接要紧密#$*%$$倍#形成紧密9999999999999999999999999999999999999999999999变#更换双凸透镜#可以使远近不同的物体在白纸板上呈现清晰的物像-的感性认识#并能够形成,正常情况下#人能够看清远近不同的物体与晶状体的曲度改变有关-的概念(并能够解释,近视眼的形成原因-等$但是#模拟实验有明显的不足)首先#双凸透镜的曲度不易感知#学生很难形成深刻印象(其次#实验无论更换几个凸透镜#学生形成的认识都是简单的%片面的%肤浅的感性认识#很难长久记忆和迁移应用$若在模拟实验的基础上引入,高斯成像关系式-#即%G物距h%G像距g%G焦距$该关系式能够准确%全面地反映,物距%像距和焦距-的关系#有利于学生准确把握,眼球的成像原理-以及,近视眼和远视眼的特点-$':"!借助图表训练思维!济南出版社的.义务教育教科书+生物学/八年级上册#有下面的一个练习题)在探究种子萌发的外界条件实验中#对H组实验分别进行了如下处理#如表%$请分析回答)!本实验中有几!!表!"探究种子萌发的外界条件%号瓶'号瓶"号瓶H号瓶处理方法%$粒种子#不加水%$粒种子#加水至种子高度的一半%$粒种子#加水淹没种子%$粒种子#加水至种子高度的一半'#e'#e'#e#e组对照0变量分别是什么0"请写出每个瓶内预期的实验结果#并陈述理由$回答这个问题#需要首先两两比较$而学生回答这个问题时#往往会漏掉部分比较#也会出现重复比较$其根本原因是思维的无序性#如比较了%和'#接着比较"和H(而不是按照%*'%%*"%%*H%'*"%'*H%"*H的顺序依次进行比较$为了培养学生思维的有序性#教师可以引导学生思考怎样比较才能避免漏掉比较或重复比较$教师可以引导学生绘制比较表格!表'"$这种表格语言#学生能直观地感受到比较应遵循的顺序和方法#使学生的思路更加有序#因而更加简洁清晰$表#"比较的顺序和内容前项后项变量变量个数是否是对照实验%'"H'"H"H!!显然#利用数学语言#可以增强学生思维的规律性%有序性#发展学生的科学思维能力$"!!图%!血脑屏障结构示意图连接的成分主要有闭合蛋白!-,.(1+34"%咬合蛋白!/--,(1+34"%连接黏附分子%胞质辅助蛋白W J \,等#与内皮细胞共同形成血脑屏障的基础$内皮细胞还间接参与大脑生理活动的调节#内皮细胞葡萄糖代谢产物!如谷氨酰胺和/氨基丁酸"可以跨过血脑屏障进入大脑#进而被加工成神经递质$%:'!基膜!基膜!*.4<)<32)<)*0.3<"位于脑毛细血管内皮细胞的下表面#是由胶原蛋白%层黏连蛋白%纤维连接蛋白等蛋白纤维构成的连续网状结构#对组织结构起支持%连接作用#同时也是渗透性的障碍#兼具调节分子和细胞运动的功能$%:"!周细胞!周细胞!5<0+-?2<4"位于内皮细胞外侧#和内皮细胞之间共同拥有一个基膜#周细胞可以通过细胞间直接接触!如连接蛋白Q 钙粘蛋白"#来控制内皮细胞的功能和分化&"'$周细胞具有手指状外延#可调控毛细血管中血液流动以保证血脑屏障功能#还有调节内皮细胞渗透性%稳定微血管壁和促进微血管生成的能力$此外#周细胞还可调节中枢神经系统免疫细胞对血脑屏障的影响$%:H!星形胶质细胞!星形胶质细胞!.420/-?2<4"位于血管壁外侧#与神经元相连接并通过血管周足促进内皮细胞间紧密连接的形成与维持#阻止物质通过细胞间进入大脑$同时还参与血脑屏障中的水和离子平衡调节$此外#星形胶质细胞通过回收神经递质%刺激突触形成以及为神经元提供营养和代谢支持来维持大脑稳态$%:#!小胶质细胞!小胶质细胞!)+-0/A ,+."分布于脑血管周围#但不与脑血管直接接触#是中枢神经系统内的固有免疫细胞#小胶质细胞静息时呈高度分枝状#激活时形态呈阿米巴样#其激活通常局限于损伤和疾病活动的部位$激活后的小胶质细胞通过介导细胞因子的释放%吞噬病原体和蛋白质聚集的免疫反应来维持大脑稳态&H '$#"血脑屏障的功能':%!屏障功能!血脑屏障可以阻止绝大部分毒素%病原体%抗体等大分子进入大脑#只有J '%7J '等气体%水以及脂溶性物质能扩散通过$正常情况下#外周神经递质和绝大多数激素也无法通过血脑屏障#这有利于维持脑内中枢神经递质水平#保证大脑正常的生理功能$血脑屏障扮演着维持脑组织内环境稳定的重要角色$':'!物质运输调节功能!血脑屏障具有高度选择性#主动调节物质内流和外排运输#允许大脑必需的小分子物质!如葡萄糖%氨基酸%神经活性肽等"经主动运输通过#大脑释放的激素及代谢废物也可以通过血脑屏障进入血液#继而被运走$血脑屏障对调节脑组织的营养与代谢%维持中枢神经系统正常生理功能有重要意义$但并不是大脑所有区域都拥有血脑屏障$一些与体液调节密切联系%需要接触血液以获取信息并做出迅速反应的特殊区域!通常位于脑室系统中线附近#如松果腺%垂体后叶等"#缺少紧密连接的内皮细胞层而具有较高的通透性&%'$$"血脑屏障的作用机理物质通过血脑屏障有被动扩散%载体转运%胞吞作用等多种形式#但是许多物质通过血脑屏障的实际效率却十分低$血脑屏障的屏障功能及选择功能是通过以下途径实现的)":%!紧密连接!内皮细胞及其细胞间的紧密连接是对离子和亲水小分子高度阻拦的胞间屏障#内皮细胞内不含收缩蛋白#可维持细胞间的紧密连接&%'#这是血脑屏障的,物理屏障-$它允许许多气体!包括气态麻醉剂"的被动扩散#但限制极性溶质的进入$紧密连接迫使许多物质只能通过跨细胞途径通过血脑屏障$":'!载体介导的内流转运系统!许多内源性物质和极性营养物质!如葡萄糖和必需氨基酸"无法通过紧密连接#也无法通过被动扩散穿过内皮细胞#所以内皮细胞上有载体介导的转运系统$常见的转运载体有葡萄糖转运蛋白%!Z E69%"%单羧酸转运蛋白%!@79%"%E 型氨基酸转运蛋白!E F 9%"等$其中#Z E 69%介导转运血液中的葡萄糖进入大脑(@79%向脑内转运单羧酸物质如乳酸盐%丙酮酸盐等(EF 9%转运分子质量较大的中性氨基酸#如亮氨酸%苯丙氨酸%甲硫氨酸等&#'$":"!载体介导的外排转运系统!特殊的外排转运系统可实现高度极化的动态控制#主动外排毒素和非内源性物质#是血脑屏障的,转运屏障-$血脑屏障的内皮细胞膜上的外排转运体主要是F 9C 结合盒!F 9C *+31+3A -.44<22<#F 87"转运蛋白家族成员#内含%*'个F 9C 结合域#可借助F 9C 水解释放的能量介导多种物质跨膜转运$其中研究较多的F87转运蛋白有多药耐药相关蛋白!@O C"%C糖蛋白%乳腺癌耐药蛋白!87O C"等$":H!跨内皮细胞的胞吞作用!血脑屏障内皮细胞表面发生的胞吞作用主要有两种类型)受体介导的胞吞作用和吸附介导的胞吞作用$由于内皮细胞中存在复杂的溶酶体系统#是血脑屏障的,代谢屏障-#使得跨内皮细胞的胞吞作用转运效率很低$内皮细胞溶酶体系统由反式高尔基体网络%各时期的内体%逆转录酶阳性囊泡和溶酶体组成#大部分内吞的囊泡被重新运回细胞表面或运至溶酶体降解#仅含有需转运的大分子的囊泡才能从溶酶体的降解区室中转移出来#避免被降解&I'#并在对侧细胞膜胞吐$%"血脑屏障与疾病血脑屏障固然强大#但并非铜墙铁壁$一些病原体可以突破血脑屏障进入大脑#如乙型脑炎病毒%狂犬病毒%伪狂犬病毒等病毒$新冠病毒!>F O>7/b'"也被认为在极少数情况下有通过血脑屏障的可能#还有部分细菌%真菌和寄生虫!如卫氏并殖吸虫%疟原虫及弓形虫等"#等病原体进入后可能损伤神经元引发神经系统疾病$此外#某些毒品成分如海洛因碱!二乙酰吗啡"可凭借高度亲脂性迅速通过血脑屏障进入大脑&M'$狂犬病毒可通过血脑屏障进入大脑#但是人类自身的免疫细胞和狂犬疫苗却无法通过血脑屏障到达大脑#换而言之狂犬病毒若是通过了血脑屏障#就会引发%$$L的死亡率$血脑屏障在高度选择时同样会将超过K&L的小分子药物和%$$L的大分子药物拒之门外#限制其到达中枢神经系统的靶点#因此许多在机理上可作用于中枢神经系统疾病的药物及抗生素只能,望洋兴叹-$药物的通过效率受自身理化性质%与血浆蛋白结合率%与转运体的亲和程度及脑脊液*血液间的5=梯度和渗透压变化等因素的限制$但当大脑处于炎性病理状态时#在小胶质细胞分泌的细胞因子及趋化因子调节下#内皮细胞间紧密连接可能被破坏#血液与脑脊液渗透压发生改变#部分一般不容易通过血脑屏障的药物!如青霉素类%糖肽类药物"#此时有较高的通过效率$@/32.A3<等&&'发现#血脑屏障的破坏是阿尔茨海默症的早期标志之一$此外#脑细菌感染%脑炎%脑肿瘤%脑血管病%神经退行性病变等脑部疾病#会导致血脑屏障中紧密连接蛋白被选择性切割%基膜溶解%星形胶质细胞周足回缩#造成血脑屏障被破坏%通透性增加#进而可能引发局部血管病变%继发性神经炎症%血管源性脑水肿以及弥漫性脑组织损害等症状&K'$虽然病理状态下#血脑屏障通透性增加%发生渗漏#但远没有崩解#治疗药物面临有洞的,柏林墙-依旧束手无策$所以如何打开血脑屏障将药物送入大脑一直是研究的热门课题#也取得了长足的进展$临床上使用聚集超声和微泡造影技术结合&%$'%血管活性剂%惰性高渗溶液!如阿拉伯糖%甘露醇等"可实现血脑屏障的开放$有研究表明#某些中药成分对血脑屏障开合也有一定的调控作用$作为高等生物进化的产物#血脑屏障在保护大脑%维持大脑内环境稳态的同时#也给脑部疾病治疗带来了一定的阻碍#所以血脑屏障的药物透过%无创开合及其与脑部疾病的关系等相关研究一直热度不减#未来这些研究成果也必将创造巨大的应用价值#造福人类$ !通信作者主要参考文献&%'孙久荣:脑科学导论&@':北京)北京大学出版社#'$$%:&''F88J99Q 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摘要:星形胶质细胞是一种特殊的胶质细胞,其数量超过神经元数量的五倍以上。
均散的分布于整个中枢神经系统(CNS),并在健全的CNS中发挥许多重要并且复杂的功能。
星形胶质细胞可以通过一个称作反应性星形胶质细胞增生的过程对CNS各种形式的损伤做出反应,这也成为CNS结构性病变的一个病理特征。
最近,在确定反应性星形胶质细胞增生的功能和机制方面以及确定星形胶质细胞在CNS疾病和病症中的作用方面取得了较大的进展。
反应性星形胶质细胞的分子库已经确定。
转基因小鼠模型用来研究体内反应性星形胶质细胞和胶质瘢痕形成的具体方面。
星形胶质细胞被确定参与特定临床病例实体。
反应性星形胶质细胞增生不是一个简单的全或无现象,而是由特定的信号控制的时情况而定的细微的、逐渐的、连续的变化。
这些变化发生在基因表达的可逆性改变和保护细胞和组织结构的细胞肥大,组织结构重排的持久瘢痕形成。
越来越多的证据指向反应性星形胶质细胞增生在因为缺失正常的星形胶质细胞功能或者拥有不正常的功能引起的CNS疾病中起着主要或者促进作用。
本文概述了(1)在健全CNS中星形胶质细胞的功能。
(2)反应性星形胶质细胞和胶质瘢痕形成的机制和功能。
(3)反应性星形胶质细胞可能导致或者促进特定CNS疾病和损伤的路径。
引言:普遍的观点认为星形胶质细胞在那些临床疾病和CNS结构性病变研究中的生物学和病理学机制(1)在神经组织中,星形胶质细胞支持胶质细胞成分(2)反应性星形胶质细胞是病变组织可信的和敏感的标志。
星形胶质细胞或者反应性星形胶质细胞的功能失调可能促成临床信号或者机制的呈现,导致一般考虑不到的CNS组织的病理学变化的发生。
然而,这些观点逐渐改变,对星形胶质细胞的生物学和病理学研究的兴趣逐渐增加。
在过去的25年里,星形胶质细胞在健全的中枢神经系统中负责各种各样的复杂的和重要的功能,包括通过神经回路在突触传递和信息加工的主要作用。
反应性星形胶质细胞增生和胶质瘢痕形成的机制和功能逐渐被阐明。
越来越多的实体证据指出缺少正常的星形胶质细胞的功能或者增加不正常的功能,促进了疾病的进程和在许多星形胶质细胞导致的临床和病理学机制中起到主要作用。
本文总结了最近的进展(1)正常组织中星形胶质细胞的功能(2)反应性星形胶质细胞的变化、机制、功能和影响(3)反应性星形胶质细胞在各种CNS疾病和病症中的外在和潜在的作用。
健全中枢神经系统中的星形胶质细胞生物学基本星形胶质细胞形态19世纪末期以来,星形胶质细胞被分为两种主要的亚型,纤维型和原浆型,这基于它们的细胞形态和解剖位置的不同。
这两种主要的分类到今天还在沿用。
原浆型分布在整个灰质,第一次被证实是用经典银浸渍法,呈现出几个分支上面又分出很多细小的分支在一个球面上的形态(Fig.1a)。
纤维性星形细胞被发现分布在整个白质,呈现出很多长纤维的形态。
古典和现代的神经解剖学研究表明,这两个的星形胶质细胞亚型与血管有广泛的接触。
(Fig1a.b)20世纪中期的电子显微镜分析显示了原浆型星形胶质细胞突起笼罩突触和纤维型星形胶质细胞突起接触郎飞结,这两种类型的星形胶质细胞在相邻的星形胶质细胞的末端突起形成间隙连接。
星形胶质细胞这些形态特征和它们的功能联系总结在(Fif2a)分子标记物和蛋白质特征免疫组化技术可以在单细胞水平检测到特异性分子标记物,是健康和病理组织识别和鉴定细胞的重要工具。
胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达成为免疫组化过程中识别星形胶质细胞的特异性标记物。
然而,重要的是发现作为星形胶质细胞的特异性标记物GFAP合适的用途和局限性。
GFAP是第一种独立的蛋白质高度集中在多发性硬化症患者的脱髓鞘性斑块,并发现免疫组化与斑块或者其他病理环境下的活动性星形胶质细胞相关。
本着这一鉴定模式,GFAP的表达可以作为中枢神经系统损伤所激活的大部分而非全部的星形胶质细胞的灵敏且可靠的标志物。
(Fig3)然而,GFAP对于静息状态下的星形胶质细胞来说不是绝对的标记物,一般情况下,在健康的中枢神经系统组织或者原理CNS病变的组织中不能检测到免疫组化标记物。
(Fig3a,4a)尽管在健康的CNS中可以通过免疫组化检测到许多星形胶质细胞的GFAP,但是与多个标记物(包括转基因受体蛋白)进行的双重标记中可以清楚的看到健康的CNS组织内许多成熟的星形胶质细胞不表达检测水平的GFAP,GFAP表达的星形胶质细胞呈现出区域性和局部变异,这是通过大量的细胞间和细胞内信号分子动态调节实现的。
GFAP已被广泛的研究。
GFAP是中间纤维蛋白中的一种,中间纤维蛋白包括波形蛋白、巢蛋白及其他蛋白,在很大程度上具有细胞结构功能。
转基因小鼠的研究表明,GFAP的表达在转基因小鼠健康的CNS内大部分星形胶质细胞的正常形态和功能的不是必要的,但是对活动性星形胶质细胞增生和胶质瘢痕的形成过程是必要的。
GFAP包括GFAPα,β,γ,δ,κ几种不同亚型和剪接变异体,它们可能通过多种多样的方式在健康CNS和包括胶质瘤的病理类型中表达,但是GFAP亚型不同的分布和作用的研究才刚刚开始。
在单细胞水平,符合其结构的作用,GFAP没有呈现出星形胶质细胞所有的胞质,GFAP 免疫组化没有标记处星形胶质细胞所有的部分,而只是标出主要的分支(Fig1b)。
通常在胞体的检测中不显示精细的分支中有GFAP的表达(Fig1b,3a)。
因此,相对于其他的检测手段比如高尔基镀染法或填充荧光染料,GFAP免疫组织化学明显的低估了星形胶质细胞的分支和范围,其他的报告蛋白比如GFP或者β-牛乳糖苷酶的表达同样如此。
此外,GFAP作为星形胶质细胞的标记物,需要特别注意的是GFAP的表达不专用于原浆型或纤维型星形胶质细胞。
在CNS内,被称作星形胶质细胞延伸家族中的许多细胞也表达GFAP,下文中将会有详细的介绍。
除了CNS,GFAP在许多组织中的很多种类型的细胞中也会表达,同样在下文介绍。
其他分子标记物包括谷氨酰胺合成酶和S100β被用于免疫组化鉴定星形胶质细胞和反应性星形胶质细胞,但是这些分子不是完全为星形胶质细胞特异性标记物。
最近的几项研究已经对啮齿动物和人类星形胶质细胞和转录组进行了大规模的遗传分析,并确定与神经元和少突胶质细胞相比,星形胶质细胞内含有更丰富更大量的的分子。
这些研究将对分析星形胶质细胞和反应性星形胶质细胞功能和角色的分子机理分析提供有力的依据。
此外,这些研究可以确定能够鉴别星形胶质细胞更多更好的分子标记物。
蛋白质Aldh1L1是一种候选的此类标记物,它的启动子可靠的启动星形胶质细胞报告分子比如GFP(绿色荧光蛋白质)的表达,其免疫组化中的识别可能为健康组织中的大部分而非全部星形胶质细胞提供一个灵敏的化学标记物。
解剖组织星形胶质细胞以连续和基本不重叠的方式整齐地有组织地覆盖整个CNS(Fig3a)。
在CNS内,没有哪个区域不存在星形胶质细胞和与其密切相关的细胞。
染料渗入单个细胞和其他解剖技术证明在健康的CNS内,灰质中原浆性星形细胞个体具有大部分不重叠的区域,这样来说,在超微水平星形胶质细胞只有突起最远端的末梢才能与另一个交叉,由此成为间隙连接形成的基础。
白质中可能也有相似的单个星形胶质细胞领域的存在,但是还没有关于其广泛的报导。
原浆型星形胶质细胞通常延伸5到10个主要的分支,每个分支再分出很多精细的突起均匀地分布到灰质中星形胶质细胞领域。
在海马或者皮层很多来源于单个星形胶质细胞的精细的分支被认为与起源于多个神经元的几百个树突接触,并包住100000或更多的突触。
同样值得注意的是,人类的星形胶质细胞很大,相对于啮齿类动物结构更复杂,更多样。
星形胶质细胞生理学星形胶质细胞表达钠和钾通道,可以显示出诱发内向电流,但是与神经元不同,星形胶质细胞不发出或者沿着它们的突起传播动作电位。
然而这并不意味着星形胶质细胞是生理“沉默”的。
星形胶质细胞显示出细胞内钙离子浓度的可调节性增加,这代表了星形胶质细胞活化的一种方式。
大量的证据证明,星形胶质细胞内Ca++的可调节性增加对星形胶质细胞—星形胶质细胞和星形胶质细胞—神经元的细胞内联系具有功能意义。
星形胶质细胞Ca++水平的增高(1)的产生是由细胞内Ca++的释放引起的固有震荡,(2)在神经元活化时由递质(包括谷氨酸和嘌呤)触发,(3)诱发递质比如谷氨酸从星形胶质细胞释放进入到细胞外,由此触发神经元内受体介导的电流(4)传播到临近的星形胶质细胞。
钙离子信号可以使得星形胶质细胞对突触传递有直接作用的证据在下面将会讨论。
同时需要注意的是星形胶质细胞可以通过间隙连接与相邻的星形胶质细胞连接在一起形成连接蛋白(Fig2a),间隙连接可以连接星形胶质细胞形成多细胞网状结构,这可能在正常功能和CNS紊乱时发挥作用。
在发展中的作用一代星形胶质细胞的发展往往发生在CNS许多区域神经元最初产生之后。
然而,在灰质和白质分化过程中,星形胶质细胞发挥许多重要的功能。
星形胶质细胞参与指导发育中轴突和某些特定神经母细胞的迁移而形成分子边界。
此外,实质性的证据逐渐增加证明星形胶质细胞通过释放分子信号比如糖蛋白对发育中突触的形成和功能具有必不可少的作用。
星形胶质细胞似乎也通过释放信号诱导突触中补体C1q的表达,标记这些突触,通过小胶质细胞予以消除,以此影响发育的突触修饰。
对于白质的发育,星形胶质细胞连接蛋白和间隙连接的损失或者功能障碍会导致髓鞘形成障碍。
血流量的调节星形胶质细胞与血管有广泛的联系并有许多双向的影响,包括调节局部CNS血流量。
最近的研究表明星形胶质细胞产生和释放各种分子介质,比如说前列腺素类(PGE),一氧化氮(NO)和花生四烯酸(AA),可以以协调的方式增大或减小CNS血管直径和血流量。
此外,星形胶质细胞可能是局部CNS血液流动对神经元活动变化而做出变化的初级传递者。
星形胶质细胞具有与血管和突触接触的突起。
通过这些接触,星形胶质细胞滴定血流量与突触活动的水平相关,就像最近的研究证明,对视觉刺激做出反应,功能性磁共振成象探测到视觉皮层血流量发生变化,这基于星形胶质细胞的功能。
液体,离子,pH和递质稳态星形胶质细胞突起包住几乎所有的突触,在维持对健康的突触传递至关重要的突触组织间液体,离子,pH和递质稳态中发挥必要的功能。
星形胶质细胞突起在水通道4中和摄入K+的运输体内很丰富。
星形胶质细胞膜具有不同形式的质子交换,包括Na+/H+交换,碳酸氢钠转运,单酸羧转运和空泡型质子A TP酶。
水通道蛋白4沿着星形胶质细胞突起集群分布并接触血管,在调节健康CNS的液体平衡中起到关键性的作用,在下面介绍的血管源性和细胞毒性水肿中也起作用。
突触中星形胶质细胞的突起通过为神经递质比如谷氨酸、GABA和甘氨酸表达高水平的转运体清除突触内的神经递质对递质稳态起到关键性作用。